AIRE baltymas, kuris reguliuoja imunitetą suaugusiesiems, reguliuoja embrioninių ląstelių padalijimą. • Polina Loseva. • Mokslinės naujienos apie "Elementus". • Biologijos vystymasis, genetika, embriologija.

Baltymų AIRE, kuris reguliuoja imunitetą suaugusiesiems, reguliuoja lytinių ląstelių skaidymą

Pav. 1. AIRE baltymas dalijant pelės embrionines kamienines ląsteles. DNR dažomos mėlyna, ląstelinis skeletas – žaliaAIRE baltymas tiriamas – raudona. Apatinis dešinysis – dviejų etikečių įvedimas. AIRE yra gerai žinomas imuniteto reguliatorius, tačiau neseniai atliktas tyrimas parodė, kad jis aktyviai dalyvauja lytinių ląstelių skaidymui. Masto segmentų ilgis 10 mikronų. Vaizdas iš straipsnio diskusijojeeLife mokslai

Yra žinoma, kad AIRE baltymas yra susijęs su žmogaus T limfocitų vystymu. Tuo pačiu metu yra ir įrodymų, kad šio baltymo mutacijos yra susijusios su nevaisingumu. Kanados mokslininkai atliko didelį darbą ieškant baltymų, su kuriais AIRE sąveikauja su pelių embrioninėmis ląstelėmis, ir nustatė, kad dauguma jų dalyvauja formuojant ląstelių suskaidymo ašį. Tai leidžia jums priartėti prie vienos iš nevaisingumo priežasčių, taip pat sužinoti, kur atsirado panašus AIRE baltymų daugiafunkciškumas.

AIRE (autoimuninis reguliatorius) baltymas buvo pirmą kartą aprašytas prieš 20 metų. Su jo mutacija kuria medac sindromas (MEDAC – paraiška dauginių endokrininių trūkumas, autoimuninių, kandidozė, alternatyvų pavadinimą akronimas: autoimuninė dauginių endokrininių 1 tipo sindromas), kuriame imuninė sistema atakuoja skydliaukę ir antinksčių, bet taip pat gali nukentėti kepenys, virškinimo trakto, kasos , lytiniai organai ir kiti organai (žr. K.Nagamine ir kt., 1997. APECED geno pozicioninis klonavimas). Vėliau pasirodė, kad AIRE dalyvauja T limfocitų brandinimo procese, padedant užkrėtimo lizdams "traukti" juos ignoruoti kūno pačių antigenų.

Bendras žmogaus imuninės sistemos principas gali būti suformuluotas taip: pirmiausia sukurkite maksimalią įvairovę, tada pasirinkite saugias parinktis. Todėl tymusoje susideda T-limfocitų (arba T-ląstelių) populiacija, kiekviena iš jų turi unikalų receptorių ir gali atpažinti specifinį antigeną kūno ląstelių paviršiuje. Tymų ląstelės susiduria su iššūkiu: atsikratyti T limfocitų, kurie atpažįsta savo kūno baltymus. Šis procesas vadinamas neigiama tolerancija (centrine tolerancija), nes išgyvena tik tie T limfocitai ne atpažįsta savo antigenus, likusieji miršta dėl apoptozės. Kaip rezultatas, išlieka tik T ląstelės, specifinės užsienio antigenams. O jei jie atpažins bet kurį iš šių antigenų kūno ląstelėje, tai reiškia, kad tokia ląstelė yra užsikrėtusi virusu, transformuojama į naviko ląstelę arba tiesiog netinkamai veikia (pvz., Sintezuoja baltymus, kurie nėra būdingi kūnui) ir turi būti sunaikinti.

Tačiau už veiksmingą atrankos T ląstelių reikalauja, kad jie susitiko su visais kūno baltymų, įskaitant tuos, kurie paprastai nereikia pasirodyti iš užkrūčio ląstelių, tačiau netrūksta ir kituose organuose. Tokiu atveju DNR, koduojanti baltymus, kurių nereikia tymusa, yra neaktyvioje, sulankstytoje būsenoje, ir informacija iš jos nėra skaitoma. Ir čia ateina AIRE baltymas. Ji susieja histonus, baltymus, į kuriuos yra įterpta DNR grandinė, ir ten pritraukia kitus branduolinius baltymus, verpdami ir paleidžiant informacijos skaitymą. Tai paprastai veikia AIRE DNR segmentus, vadinamų superenhanserami (super-stipriklis), – jie galėtų suaktyvinti pateikiama informacija iš kelių genų rodmenis vienu metu (žr K. Sogoyan et al, 2017 m transkripcijos reguliatorius Aire prisiriša prie ir aktyvuoja super-stiprikliai .. ) Tokiu būdu AIRE atskleidžia neprieinamus DNR regionus, o užkrėtimo ląstelės gali pateikti daugumą kūno antigenų T ląstelėms. Lengva įsivaizduoti, kas atsitinka, kai įvyksta šio geno mutacija – T-ląstelės, būdingos jų pačių antigenams, neatitinka jų, nėra atrinktos ir nemirtingos. Vėliau, išeinant iš kraujagyslių liaukos į kraują, jie gali pradėti pulti įvairius organus, sutrikdyti jų funkcijas ir vystytis autoimuninė liga.

Tai reiškia, kad pagrindinis AIRE uždavinys yra paremti visų galimų genų užkardą užkrūčio ląstelėje. Jei atitraukiate imuninę sistemą ir atrodote platesnė, paaiškėja, kad tai yra būtent tai, ko reikia embrionų ląstelėms ankstyvosiose vystymosi stadijose. Iki tam tikro etapo bet kuri suaugusio organizmo ląstelė gali būti gaunama iš kiekvienos embrioninės ląstelės, nes ji gali sintetinti bet kokius baltymus – ši savybė vadinama pluripotenzija. Kai embrionas vystosi, ląstelės pradeda specializuotis, jų gebėjimų asortimentas – stiprumas mažėja, o taip pat sumažėja darbui prieinamų genų skaičius (kituose regionuose DNR yra susuktų ir nedidėja ląstelės gyvenime). Pasirodo, AIRE teoriškai galėjo remti ląstelių pliuripotency. Iš tiesų, pasirodė, kad tai veikia ne tik užkrūčio liaukoje, bet ir embrioninėse kamieninėse ląstelėse, išskirtos iš pelės embriono ankstyvųjų (kelių dienų) vystymosi stadijose (G. Bin ir kt., 2012. Aire skatina embrioninių Kamieninių ląstelių per Lin28).

Be to, AIRE randama gemalinėse ląstelėse. Taigi, per pirmuosius mėnesius po gimdymo vyriškuose žinduoliukuose spermatozoidų pirmtakai turi būti vertinami kokybiškai.Pagal AIRE veiklą jie sintezuoja įvairius baltymus ir, jei tam tikra baltymų kiekio sudėtis yra klaidinga ir neteisingai sulankstyta, programuojamas mirties mechanizmas suaktyvinamas ląstelėse. Iš viso pašalinama apie 80% spermos pirmtakų. Jei šis procesas yra slopinamas, neįprasto spermatogenezės atsiranda (C. E. Schaller ir kt., 2008. Apex ir apoptozės ekspresija spermatogenezėje).

Tačiau AIRE pritraukė mokslininkų dėmesį ne tik dėl jo polisemijos žmogaus kūne. Jo mutacijų nešėjai dažnai būna sterili, tačiau nevaisingumo priežastis išlieka nepastebėta. Jie įtaria, kad imuninės sistemos genitalijų atakoje nėra tiek daug, kiek embriono ląstelių dalijimosi paklaida. Esant netinkamam chromosomų skirtumui ankstyvosiose vystymosi stadijose, daugelis ląstelių atsiranda su nelygiu chromosomų skaičiumi – aneuploidu, dėl kurio gimdymas miršta.

Straipsnio autoriai nusprendė išsiaiškinti, kaip AIRE iš tikrųjų veikia embrionų ląstelėse. Kadangi pats baltymas neturi teritorijų, kurios tvirtai susieja DNR, logiška manyti, kad ji pritraukia kitus baltymus, kurie jau tiesiogiai su jais sąveikauja. Todėl aptariamo straipsnio uždavinys buvo nustatyti partnerių baltymus, per kuriuos AIRE atlieka savo funkcijas.Norėdami tai padaryti, jie naudojo BioID metodą: embrioninėse ląstelėse jie išreiškė sintezės baltymą, kurį sudaro AIRE, prie jo pridedamą biotiną ligazę. Pastaroji sukuria padidintą biotino koncentraciją aplink save ir užkabina ją visiems aplinkiniams baltymams. Taigi galima pažymėti visus baltymus, kurie yra arti AIRE. Tada jie gali būti atrinkti ir nustatyti.

Straipsnio autoriai sugebėjo identifikuoti daugelį AIRE partnerių ląstelėje (2 pav.), Tačiau tai, kad dauguma jų yra susiję ne su informacijos skaitymo reguliavimu (ty transkripcija), bet su metabolizmu ir ląstelių dalijimu (mitozė), buvo stebina. Pagrindinis mitozės įvykis yra skilimo veleno formavimas: mikrotuvajų auga iš dviejų padalijimo polių, sugeria chromosomas ir išveda juos į ląstelės centrą, kad juos būtų galima ištraukti vienodai su poliais. Paaiškėjo, kad daugelis AIRE partnerių baltymų yra tiesiogiai susiję su mikrotubulių surinkimu ir jų judėjimo reguliavimu.

Pav. 2 Baltymų partnerių AIRE funkcinių grupių pasiskirstymas. Galima pastebėti, kad daugiausia jų priklauso "mitozės" grupei (mitozė), tai yra baltymai, atsakingi už ląstelių dalijimąsi. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio eLife mokslai

Norėdami patvirtinti šį faktą, autoriai nustatė AIRE vietą ląstelėje, palyginus su mikrotuvais, dažydami juos su antikūnais (3 pav.). Spalvinimo eksperimentas patvirtino, kad AIRE yra susijęs su dalijimo spinduliu: jis buvo nustatytas tiek mikrotubulų zonoje, tiek polių.

Pav. 3 Pelių embrioninių kamieninių ląstelių dažymo rezultatai. Iš kairės į dešinę: DNR (dažytos mėlynas), mikrotubulių (žalia), veleno padalos poliai (oranžinė), AIRE baltymas (raudona). Teisinga nuotrauka – priklijuokite visas žymes. Masto segmentų ilgis 1 mikronas. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje eLife mokslai

Į mutantines ląstelių linijas, kurioms trūksta AIRE išraiškos, dalinimas buvo sunkus, o susiskaidymo veleno struktūra buvo sutrikdyta – paprastai ji turėjo daugiau polių nei reikia (4 pav.).

4 pav. Neatskiriamos AIRE mutacijos ląstelės. Iš kairės į dešinę: padalos ašies velenai (raudona), mikrotubulių (žalia), DNR (mėlynas). Teisinga nuotrauka – priklijuokite visas žymes. Masto segmentų ilgis 10 mikronų. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje eLife mokslai

Toliau autoriai nustatė, kuris iš AIRE baltymų sričių yra labai svarbus jo veikimui ląstelėje. Pasirodo, kad domeno, kuris yra atsakingas už baltymų ir baltymų sąveiką, išnykimas yra mirtinas: sutrinka ląstelių susiskaidymas, o velenas nepakankamai vystosi.Tai patvirtina ankstesnį teiginį, kad pagrindinė AIRE funkcija yra pritraukti kitus baltymus. Įdomu tai, kad ląstelės, kurioms trūksta viso AIRE baltymo, yra mažiau paveiktos nei ląstelės, kuriose yra AIRE mutantas (trūksta pagrindinio domeno). Matyt, baltymų kompleksai gali kažkaip formuotis be AIRE, nors ir su mažesniu efektyvumu. Tačiau baltojo baltymo buvimas tiesiog neleidžia jiems formuotis. Tas pats poveikis pastebimas ne tik embrioninių ląstelių kultūroje, bet ir embrionų gyvose ląstelėse (5, 6 pav.).

Pav. 5 Sveikas (viršuje) ir atimta funkcinio baltymo AIRE pelių embrionai. AIRE baltymas yra spalvotas žalia, DNR – mėlyna. Galima pastebėti, kad normaliam embrionui būdinga ląstelių struktūra nėra formuojama, nes nėra AIRE. Masto segmentų ilgis 17 mikronų Vaizdas iš straipsnio diskusijoje eLife mokslai

Taigi, aptariamo straipsnio autoriai tyrė AIRE vaidmenį pelių embrionų ląstelėse ankstyvosiose vystymosi stadijose iš įvairių pusių. Remiantis gautais duomenimis, jie padarė išvadą, kad AIRE dalyvauja skirstymo veleno surinkime, sąveikaujant su DNR ir daugeliu reguliuojamųjų baltymų, taip pat kontroliuoja veleno ašių skaičių.Tačiau ši funkcija yra svarbiausia tik embrioninėms ląstelėms, nes suaugusio organizmo ląstelėse padalijimas reguliuojamas be jo dalyvavimo, kiek šiuo metu yra žinoma. Straipsnio autoriai mano, kad tai yra dėl padidėjusio ląstelių dalijimosi embrionu, palyginti su suaugusiu organizmu. Pagreitintas padalijimas įveda į tai, kad embriono ląstelė neturi laiko įjungti standartinių ląstelių ciklo kontrolės mechanizmų ir patikrinti, ar verpstė yra surinkta teisingai. Tai reiškia, kad reikalingas papildomas greito veikimo mechanizmas, o AIRE ir su ja susiję baltymai, atrodo, atlieka savo vaidmenį.

Pav. 6 Ląstelių dalijimas sveikoje (viršuje) ir neturintis funkcinio baltymo AIRE pelių embrionų. Dažymas: raudona – veleno skerspjūvio poliai, žalia – mikrotubulos, mėlynas – DNR, tinkamos nuotraukos – priklijuokite visas žymes. Matoma, kad be AIRE veleno susidaro neteisingai. Masto segmentų ilgis 2 mikronai. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje eLife mokslai

Aptariamas tyrimas buvo atliktas su pelių ląstelėmis, tačiau yra pagrindo manyti, kad žmogaus ląstelės elgiasi panašiai.Pavyzdžiui, eksperimentuose su mutantiniu baltymu AIRE, kuriuose nėra pagrindinio domeno, rasta reali mutacija, kuri buvo nustatyta žmonėms, sergantiems autoimunine poliendokrinopatija. Šis mutacija sutrikdė ląstelių dalijimąsi pelių embrionu, o tai rodo, kad žmogaus embriono ląstelės taip pat susiduria su panašiomis problemomis. Tačiau visais eksperimentais ląstelės, turinčios mutantinį AIRE, neišvengiamai mirė. Tai reiškia, kad ne visos šio baltymo mutacijos sukelia nevaisingumą ir yra gerai sutarus su tuo, kad ne visi žmonės, veikiami autoimunine polyendocrinopatija, yra nevaisingi. Tai reiškia, kad žmogaus nevaisingumo tikimybė priklauso bent nuo konkrečios mutacijos.

Tuo pačiu metu šio tyrimo autoriai kelia dar vieną svarbų klausimą: kaip atsitiko, kad tas pats baltymas atlieka tokias, atrodytų, nesusijusias funkcijas organizme? Tiesą sakant, šias funkcijas sujungia pagrindinė AIRE savybė – ji gali susieti su DNR grandine (paprastai neaktyvi, ty susukta) ir pritraukti į ją kitų baltymų kompleksą. Skirstomojoje ląstelėje tai bus kompleksas, atsakingas už prijungimą prie mikrotuulių, poilsio ląstelėje tai bus baltymai, kurie sukelia atsipalaidavimą ir transkripciją.Priklausomai nuo ląstelių tipo (embrioninės ląstelės arba užkrėtimo ląstelių) ir konteksto, toks pat vaidmuo kaip ir AIRE sukelia kitą poveikį.

Yra žinomi ir kiti baltymai, kurie turi panašų daugiafunkciškumą. Pavyzdžiui, imituojantys receptoriai leidžia imuninėms ląstelėms atpažinti bakterines ir virusines medžiagas ir aktyvuoti imuninį atsaką. Tačiau, jie taip pat rasti kamieninių ląstelių, kurie reguliuoja išgyvenimą ir skyrius (T. Taylor ir kt., 2010. Toll panašaus receptoriaus 2 tarpininkauja platinimo, išgyvenimo, NFkB Translokacijas turinčios, ir citokinų mRNR ekspresija LIF išlaikytas Pelės embrioninės kamieninės ląstelės) . Šie reiškiniai yra susiję per bendrą signalinio kelio į ląstelę: darbo veikia bendra transkripcijos faktorius NF-kB aktyvavimo Toll-tipo receptorius, ir turi jos veiksmai priklauso nuo konteksto. Pavyzdžiui, kai aktyvuojama, imuninė ląstelė dalins ir išskirs uždegimo baltymus, o kamieninės ląstelės dalinsis ir išlaikys pliuripotentą būseną.

Kitas panašus pavyzdys yra AID baltymas (aktyvacija sukelta cytidino deaminazė). Iš pradžių buvo nustatyta jo funkcija imuninėje sistemoje: ji sukelia imunoglobulino genų (ty ateities antikūnų) mutacijas, siekiant padidinti jų įvairovę. Ir tada ji buvo nustatyta lytiniuose ir embrioniniuose ląstelėse. Ten jis daro taškų mutacijas DNR, bet ir savo neaktyviuose regionuose. Dėl to jis traukia remonto sistemos baltymus, kurių šios mutacijos taiso ir tuo pat metu skatina DNR (H.D. Morganas ir kt., 2004 m. Aš išreiškiau: "Dėl aktyvacijos sukelto ciudidino deaminazės dezaminuoja 5-metilcitoziną DNR" ("epigenetinės perprogramavimo operacijos"). Tai yra, tai pasirodė dar vienas būdas išversti DNR į aktyvią būseną.

Remiantis šiais pavyzdžiais, tyrimo autoriai teigia, kad šių baltymų funkcijos gimdos ląstelėse yra pagrindinės. Ir imuninė sistema, kaip jaunesnė (įgimtas imunitetas, kuriam būtini AIRE ir AID baltymai, yra tiktai stuburinių gyvūnų), pasinaudojo esamais mechanizmais ir pritaikė juos, kad atitiktų jų poreikius. Šiuo atžvilgiu būtų įdomu sekti AIRE darbą kituose organizmuose ir jo funkcionavimo raida.

Šaltinis: Bin Gu, Jean-Philippe Lambert, Katie Cockburn, Anne-Claude Gingras ir Janet Rossant. AIRE yra embrioninių kamieninių ląstelių baltymas, susijęs su sprynais // eLife mokslai. 2017. DOI: 10.7554 / eLife.28131.

Polina Loseva


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: